基于输出反馈的柔性航天器变结构跟踪控制方法

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1、第31卷2010正第5期5月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31No．5Mav2010文章编号：1000—6893(2010)05—1060—06基于输出反馈的柔性航天器变结构跟踪控制方法孙兆伟，叶东，杨正贤，刘源(哈尔滨工业大学卫星技术研究所，黑龙江哈尔滨150080)VariableStructureTrackingControlofFlexibleSpacecraftBasedon0utputFeedbackSunZhaowei，YeDong，YangZhengxian，LiuYuan(ResearchCe

2、nterofSatelliteTechnology，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，China)摘要：为解决柔性航天器姿态机动的控制问题，给出了基于输出反馈的变结构跟踪控制算法。针对柔性航天器的大角度机动，在建立了柔性航天器相对参考轨迹的动力学方程的基础上，设计了仅利用航天器本体的角度和角速度信息的变结构跟踪控制器，使得姿态状态跟踪误差(包括姿态跟踪误差和姿态角速度跟踪误差)以及挠性附件的模态变量从任意的初始状态出发都会到达包含原点的一个闭集内，并且姿态状态跟踪误差能收敛到零，并给出了严格的数学证明。仿真结果证明了所

3、提控制方法的可行性和有效性。关键词：柔性航天器；输出反馈；跟踪控制；变结构控制；Lyapunov方法中图分类号：V448．22+2文献标识码：AAbstract：Tosolvetheattitudemaneuverofaflexiblesatellite，thisarticlepresentsavariablestructuretrack—ingcontrolalgorithmbasedonoutputfeedback．Forlargeanglemaneuversofaflexiblespacecraft，onthefoundationofestablishingt

4、hedynamicequationoftheflexiblespacecraftrelativetOthereferencetrajectory，avariablestructuretrackingcontrolalgorithmisdesignedusingonlythemeasurementsofattitudeandangularvelocityofthespacecraft．Accordinglythesystemtrackingerror(includingtheattitudetrackingerrorandan-gularvelocitytrackin

5、gerror)andthemodevariablesoftheflexibleappendagecanbecontrolledfromanyinitialstatetOaclosedsetwiththeorigininside；inaddition，theattitudetrackingerrorandangularvelocitytrackingerrorwillfinallyconvergetOzero．Rigorousmathematicalproofisgiven，andnumericalsimulationvalidatesthefeasibilityan

6、deffectivenessofthecontrolalgorithm．Keywords：flexiblespacecraft；outputfeedback,trackingcontrol；variablestructurecontrol；Lyapunovmeth-ods为降低发射航天器的费用，降低重量是各类航天器发展的必然趋势[13，这就造成航天器结构的低刚度与挠性化。这类柔性结构的模态阻尼较小，在大角度快速姿态机动过程中，必然激发挠性附件的振动。故在携带柔性附件的航天器的姿态大角度机动控制过程中，要考虑柔性附件的影响。航天器姿态跟踪控制是解决姿态机动控制的一种较

7、实用的控制方法[2。3]，该方法利用预先给出的参考位置、姿态角速度和加速度的轨迹，设计闭环跟踪算法，使航天器实际的状态与参考轨迹重合。G．Q．Xing等[41基于修正罗德里格参数描述了航天器相对于参考轨迹的相对姿态，并在此基础上建立了相对动力学方程，基于Lyapunov方收稿日期：2009—05—11；修订日期：2009一08—27基金项目：长江学者和创新团队发展计划(IRT0520)通讯作者：叶东E-mail：yedon91224@gmail．tom法设计了跟踪控制器[5]。同时，变结构控制由于具有良好的鲁棒性和处理非线性问题的一些独到优点，如当系统进入滑动模